專利名稱：：用于白光發(fā)光裝置中的混合熒光粉及采用該混合熒光粉的白光發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及白光照明燈源，具體涉及一種用于白光發(fā)光裝置中的混合熒光粉及采用該混合熒光粉的白光發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
：二十世紀(jì)九十年代，日本日亞公司研制成功高效藍(lán)光LED，并報道了以Y3Al5012:Ce3+(YAG:Ce)黃光發(fā)射熒光作為光轉(zhuǎn)換材料，與GaN藍(lán)光LED組合而成的白光LED,由于其具有小型化、長壽命、無汞以及節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，因而被譽(yù)為將超越白熾燈、熒光燈和HID燈的新型無污染綠色固態(tài)照明光源。釔鋁石榴石(Yl-xMx)3Al5012:Ce,Re(YAG)作為一種重要的熒光粉，它具有量子效率高、化學(xué)穩(wěn)定性好及耐輻射等優(yōu)點(diǎn)。在460nm左右藍(lán)光激發(fā)下，能發(fā)射波長在540570nm左右黃綠光。目前以藍(lán)色LED芯片激發(fā)YAG熒光粉獲得白光LED的技術(shù)方案已成為當(dāng)今半導(dǎo)體照明領(lǐng)域的主流，獲得了廣泛的應(yīng)用。但是在用于普通照明領(lǐng)域或是對色彩還原要求很高的場合，該中技術(shù)方案仍存在明顯不足。由于該種白光光源的光譜構(gòu)成中缺少紅色光而導(dǎo)致顯色性較低，顯色指數(shù)(CRI)為7075，尤其是低色溫(低于5000K)時，CRI只能達(dá)到65左右，難以滿足實(shí)際使用要求，嚴(yán)重制約了白光LED在普通照明領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。為了解決這個問題，有人提出了向YAG熒光粉中加入紅色熒光粉的方法以提高顯色指數(shù)(Ra)的目的。專利WO01/24229A2提出了藍(lán)光激發(fā)的堿土硫化物系列熒光粉，盡管硫化物熒光粉發(fā)光效率較高且可使得顯色指數(shù)有所改善，但是由于其化學(xué)穩(wěn)定性差，工作過程中易發(fā)生分解，嚴(yán)重時甚至?xí)g芯片和金線，導(dǎo)致整個期間失效，難以進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。研究人員又采用氮氧化合物紅色熒光粉替代硫化物熒光粉，該種熒光粉發(fā)光效率高，化學(xué)穩(wěn)定性較高，但是由于激發(fā)光譜幾乎覆蓋了整個黃綠光波段，因而導(dǎo)致制成的白光LED光源光效顯著下降，下降幅度達(dá)4050%。近年來，人們將研究的重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移到三基色白光LED上，目前近紫外光400nm附3近的InGaN系的LED效率很高，通過激發(fā)紅、綠、藍(lán)色熒光粉實(shí)現(xiàn)三基色白光LED光源，該種方案可以獲得較高的顯色指數(shù)，但是目前近紫外芯片的量子效率較低，導(dǎo)致光效低下，同時由于這種近紫外波段的光源對于封裝材料的穩(wěn)定性提出了更高的要求，如何保證其在長期工作狀態(tài)下保證光學(xué)特性，也是三基色白光LED的發(fā)展是另一個瓶頸。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有二波段白光LED存在的顯色性方面不足的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了用于白光發(fā)光裝置中的混合熒光粉及采用該混合熒光粉的白光發(fā)光裝置。本發(fā)明所述用于白光發(fā)光裝置的混合熒光粉由兩種具有不同發(fā)射光譜的熒光粉混合而成，第一種熒光粉化學(xué)結(jié)構(gòu)式為(YpLuqG4)(Al,-sSis)50,2:Cex，Mey，其中，Me為Pr、La、Dy中的任意一種；0.01^p<3;0.00l5q<3;0Sd.5;2.5<p+q+r<3;0.0002^s^0.5;0.01Sx^).13，0.000lSy￡0.05;第二種熒光粉化學(xué)結(jié)構(gòu)式為(Sn.zMz)3Al206:Eux,Rey，其中，M為Ba，Ca，Mg，La中的任意一種;Re為Dy，Gd，Pr，Sm中的任意一種；0.001^0.2;0細(xì)lSyS0.05;0SzS0.5。第一種熒光粉發(fā)射主峰為535560nm，第二種熒光粉的發(fā)射主峰為605615nm，兩者的重量比為65:3595:5。本發(fā)明所述白光發(fā)光裝置可采用如下三種技術(shù)方案其一，所述白光發(fā)光裝置包括反射杯、充填在反射杯內(nèi)的封裝材料及藍(lán)光LED，藍(lán)光LED安裝在反射杯的底部，混合熒光粉分散在封裝材料中。其二，所述白光發(fā)光裝置包括反射杯、封裝材料及藍(lán)光LED，藍(lán)光LED安裝在反射杯的底部，混合熒光粉分散固化在封裝材料中形成膠餅，膠餅置于藍(lán)光LED芯片的上方。其三，所述白光發(fā)光裝置包括反射杯、藍(lán)光LED芯片，藍(lán)光LED安裝在反射杯的底部，混合熒光粉涂敷在藍(lán)光LED芯片的表面。上述三種技術(shù)方案所采用的藍(lán)光LED芯片的發(fā)射主峰均為450470nm，所涉及的封裝材料為環(huán)氧樹脂或硅膠。在上述三種技術(shù)方案中，將混合熒光粉分散到封裝材料采用常規(guī)方法即可實(shí)現(xiàn)，具體如下第一種技術(shù)方案中，混合熒光粉與封裝材料采用高速分散機(jī)以5002000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌1560min后，常溫下真空脫泡后獲得分散狀態(tài)良好的粉膠混合體，再覆蓋到芯片4表面，于10016(TC烘烤30120min，固化成形。第二種技術(shù)方案采用硅膠作為制作膠餅的封裝材料，將混合熒光粉添加到硅膠中，采用高速分散機(jī)以5002000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌15120min后，常溫下真空脫泡后獲得分散狀態(tài)良好的粉膠混合體，倒入膠膜模具內(nèi)，放入烘箱10013(TC烘烤4590min，固化成形得到膠餅。第三種技術(shù)方案采用硅膠作為制作膠餅的封裝材料，將混合熒光粉添加到硅膠中，配制成固含量3050%的混合體，采用高速分散機(jī)以3002000rpm的轉(zhuǎn)速攪拌60180min，常溫下真空脫泡后獲得分散狀態(tài)良好的高固含量粉膠混合體，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在芯片涂敷一定厚度熒光粉后，放入烘箱10013(TC烘烤4590min，固化成形得到熒光粉涂層。然后再在其上方覆蓋硅膠，并以相同工藝固化成形。上述三個技術(shù)方案中，第一種技術(shù)方案適用于不同功能的白光LED，第二種和第三種技術(shù)方案主要適用于大功率白光LED(輸入功率》1W)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)通過選用高光效的稀土鋁酸鹽基質(zhì)的黃綠光發(fā)射熒光粉與堿土鋁酸鹽基質(zhì)紅粉進(jìn)行組合，由鋁酸鹽紅粉來補(bǔ)充光譜中的紅光部分，配合藍(lán)光LED芯片，可以顯著提升現(xiàn)有二波段白光LED在顯色指數(shù)方面存在的不足，從而實(shí)現(xiàn)高顯色白光LED。2)本發(fā)明選用的鋁酸鹽基質(zhì)紅粉，具有較高的發(fā)光效率、化學(xué)穩(wěn)定性及紅橙比，可有效避免硫化物紅粉由于化學(xué)穩(wěn)定性差易導(dǎo)致的器件失效，同時該種紅粉的主激發(fā)峰恰好處于440480nm，因此不會對黃綠色熒光粉發(fā)出的光產(chǎn)生吸收，確保了最終白光LED器件的發(fā)光效率。較添加氮氧化合物紅粉制作的白光LED具有明顯優(yōu)勢。3)藍(lán)光LED芯片一YAG體系的另一個缺點(diǎn)時，LED的顏色輸出(光譜分布及峰值波長)會隨LED活性層的帶隙寬度和加在LED上的功率而變化。目前LED芯片在生產(chǎn)期間，總會有一定比例的LED是用實(shí)際帶隙寬度大于和小于所需寬度的活性層制作的，因此LED的顏色輸出存在一定的波動范圍，這也會引起最終白光LED的光色變化。本發(fā)明由于采用了雙組分熒光粉配合藍(lán)光芯片，可在一定程度上降低最終白光的色彩波動幅度，有利于提升生產(chǎn)白光LED生產(chǎn)的良率4)本發(fā)明公開的白光LED光源較現(xiàn)有的二波長光源，不僅具有很高的流明效率，同時顯色指數(shù)(CRI)有了明顯提升。在50005500K時，CRI達(dá)到85以上(現(xiàn)有白光LED的CRI為75左右)，在30004000K時，CRI平均達(dá)到8288(現(xiàn)有白光LED的CRI為6570左右)。圖1是白光LED發(fā)光原理示意圖。藍(lán)光LED芯片A發(fā)出的藍(lán)光，一部分藍(lán)光B激發(fā)芯片上方的混合熒光粉C，混合熒光粉受激發(fā)后發(fā)出由黃綠光D和紅光E組成的混合光，這部分混合光與透射的部分藍(lán)光F混合，最終獲得肉眼所能感知到的白光G。圖2(a)采用第一種技術(shù)方案白光LED光源發(fā)光裝置的截面示意圖。藍(lán)光LED芯片(1)置于金屬反射杯(4)的底部中心，將混合熒光粉(2)均勻散布在封裝用光學(xué)硅膠或環(huán)氧樹脂(3)中覆蓋在芯片表面。Led芯片發(fā)出的藍(lán)光一部分激發(fā)均勻分散在其上方的熒光粉顆粒，另一部分從熒光粉顆粒的間隙中透射出去，與熒光粉發(fā)出的混合光再次混合得到白光。圖2(b)是采用第二種技術(shù)方案白光LED光源發(fā)光裝置的截面示意圖。藍(lán)光LED芯片(1)置于金屬反射杯(4)的底部中心，先在芯片表明覆蓋一層硅膠或環(huán)氧樹脂，同時將混合熒光粉(2)分散在封裝用光學(xué)硅膠或環(huán)氧樹脂(3)中固化形成熒光粉膠餅。再將熒光粉膠餅置于芯片表面覆蓋的封裝材料上。Led芯片發(fā)出的藍(lán)光一部分激發(fā)膠餅中的熒光粉顆粒產(chǎn)生黃綠光和紅光的混合光，另一部分從熒光粉顆粒的間隙中透射出去，與熒光粉發(fā)出的混合光再次混合得到白光。圖2(c)是采用第三種技術(shù)方案白光LED光源發(fā)發(fā)光裝置的截面示意圖。藍(lán)光LED芯片(1)置于金屬反射杯(4)的底部中心，將熒光粉涂敷在芯片表面，形成致密的熒光粉層。Led芯片發(fā)出的藍(lán)光一部分激發(fā)芯片表面粉層中的熒光粉產(chǎn)生黃綠光和紅光的混合光，另一部分從熒光粉層間隙中透射出去，與熒光粉發(fā)出的混合光再次混合得到白光。圖3是按對比實(shí)施例1所描述的方法制作的色溫為4995K的白光LED的發(fā)射光譜。圖4是按對比實(shí)施例2所描述的方法制作的色溫為3221K的白光LED的發(fā)射光譜。圖5是按實(shí)施例1所描述的方法制作的色溫為3123K的白光LED的發(fā)射光譜。圖6是按實(shí)施例2所描述的方法制作的色溫為3937K的白光LED的發(fā)射光譜。圖7是按實(shí)施例3所描述的方法制作的色溫為5089K的白光LED的發(fā)射光譜。具體實(shí)施方式對比實(shí)施例1選用發(fā)射主峰處于455457.5nm的氮化鎵藍(lán)光芯片，采用商用Y2.97Al5O12:Ce0.03，6其發(fā)射主峰為568.5nm，將熒光粉被均勻分散在封裝用的環(huán)氧樹脂中調(diào)成熒光粉膠，覆蓋在芯片表面，填充滿封裝用的光源殼體中。其截面結(jié)構(gòu)如圖2(a)所示。該光源的發(fā)射光譜如圖3所示。該光源的白光光學(xué)數(shù)據(jù)見表l。對比實(shí)施例2選用發(fā)射主峰處于455457.5nm的氮化鎵藍(lán)光芯片，采用商用Y2.9Gd,Al5012:Ceo.Q5，其發(fā)射主峰為572nm，將熒光粉被均勻分散在封裝用的環(huán)氧樹脂中調(diào)成熒光粉膠，覆蓋在芯片表面，填充滿封裝用的光源殼體中。其截面結(jié)構(gòu)如圖2(b)所示。該光源的發(fā)射光譜如圖4所示。該光源的白光光學(xué)數(shù)據(jù)見表l。實(shí)施例1選用發(fā)射主峰處于455457.5nm的氮化鎵藍(lán)光芯片，熒光粉由兩種具有不同發(fā)射光譜熒光粉構(gòu)成。其中一種熒光粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Y2.58Luo.2Gda()2Al4.95Sio.o5012:Ce0.04，Dy,2，其發(fā)射主峰為545nm，另一種熒光粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Sr2.974Al206:EuQ.()2，Dyo.006，其發(fā)射主峰為608nm。這兩種熒光粉的總量比為90:10?；旌蠠晒夥郾痪鶆蚍稚⒃诜庋b用的環(huán)氧樹脂中調(diào)成熒光粉膠，覆蓋在芯片表面，填充滿封裝用的光源殼體中。其截面結(jié)構(gòu)如圖2(a)所示。該光源的發(fā)射光譜如圖5所示，該光源的白光光學(xué)數(shù)據(jù)見表l。實(shí)施例2選用發(fā)射主峰處于455457.5nm的GaN藍(lán)光芯片，熒光粉由兩種具有不同發(fā)射光譜熒光粉構(gòu)成。其中一種熒光粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Y2.Q5Luo.75Gd謹(jǐn)Al4.9SicnCh2:Ce,5，Lao.Q46，其發(fā)射主峰為540nm，另一種熒光粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Sr2.938MgQ.Q62Al2O6:Eu0.05，Gdo.(H5，其發(fā)射主峰為612nm。這兩種熒光粉的總量比為80:20?；旌蠠晒夥郾痪鶆蚍稚⒃诃h(huán)氧樹脂中，填充滿封裝用的光源殼體中，置于封裝用的光源殼體中。其截面結(jié)構(gòu)如圖2(b)所示。該光源的發(fā)射光譜如圖6所示，該光源的白光光學(xué)數(shù)據(jù)見表l。實(shí)施例3選用發(fā)射主峰處于455457.5nm的GaN藍(lán)光芯片，熒光粉由兩種具有不同發(fā)射光譜熒光粉構(gòu)成。其中一種熒光粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Y208Lu,Gd0.01Al4.9Si01O12:Ce0.10，Pro細(xì)，其發(fā)射主峰為548nm，另一種熒光粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Sr2.986Lao.o14Al206:Eu0.05，Sm睛2，其發(fā)射主峰為615nm。這兩種熒光粉的總量比為75:25?；旌蠠晒夥郾痪鶆蚍稚⒃诃h(huán)氧樹脂中，置于封裝用的光源殼體中。其截面結(jié)構(gòu)如圖2(b)所示。該光源的發(fā)射光譜如圖7所示，該白光光源的白光光學(xué)數(shù)據(jù)見表1。實(shí)施例4選用發(fā)射主峰處于460465nm的GaN藍(lán)光芯片，熒光粉由兩種具有不同發(fā)射光譜熒光粉構(gòu)成。其中一種熒光粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Yo.79LUl.65Gda16Al475Sia25012:Ce0.075，La0()38，其發(fā)射主峰為550nm，另一種熒光粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Sr2.o4Ba,Al206:Eu,，Prao咖，其發(fā)射主峰為610nm。這兩種熒光粉的總量比為72:28。其結(jié)構(gòu)如圖2(c)所示。實(shí)施例5選用發(fā)射主峰處于465470nm的GaN藍(lán)光芯片，熒光粉由兩種具有不同發(fā)射光譜熒光粉構(gòu)成。其中一種熒光粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Y2.13Lua55Gd。.o7Al4.57Sia43012:Ceo.095，La0Q23，其發(fā)射主峰為536nm，另一種熒光粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Sr^Ca^AbO^Eu,,Dya012，其發(fā)射主峰為615nm。這兩種熒光粉的總量比為68:32?；旌蠠晒夥郾痪鶆蚍稚⒃诃h(huán)氧樹脂中，置于封裝用的光源殼體中。其截面結(jié)構(gòu)如圖2(b)所示。實(shí)施例6選用發(fā)射主峰處于465470nm的GaN藍(lán)光芯片，熒光粉由兩種具有不同發(fā)射光譜熒光粉構(gòu)成。其中一種熒光粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Y2.3Lu,GdQ.54Al2.7Si2.3012:Ceo,Lao.019，其發(fā)射主峰為555nm，另一種熒光粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Sr234Cao.66Al206:Euai2，DyQ.Q47，其發(fā)射主峰為612nm。這兩種熒光粉的總量比為68:32，其結(jié)構(gòu)如圖2(c)所示。8表l白光光學(xué)性能指標(biāo)對比<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表中數(shù)據(jù)可以看出，在5000K左右時，實(shí)施例3較對比實(shí)施例1的顯色指數(shù)(CRO顯著提升，從71.5升至90.4;在暖白光3000K左右時，實(shí)施例1的顯色指數(shù)(82)明顯高于對比實(shí)施例2(68.7);在4000K時，實(shí)施例2的顯色指數(shù)達(dá)到86.7。權(quán)利要求1、一種用于白光發(fā)光裝置中的混合熒光粉，其特征在于由兩種具有不同發(fā)射光譜的熒光粉混合而成，第一種熒光粉化學(xué)結(jié)構(gòu)式為(YpLuqGdr)(Al1-sSis)5O12:Cex，Mey，其中，Me為Pr、La、Dy中的任意一種；0.01≤p＜3；0.001≤q＜3；0≤r≤1.5；2.5＜p+q+r＜3；0.0002≤s≤0.5；0.0≤x≤0.13，0.0001≤y≤0.05；第二種熒光粉化學(xué)結(jié)構(gòu)式為(Sr1-zMz)3Al2O6:Eux，Rey，其中，M為Ba，Ca，Mg，La中的任意一種；Re為Dy，Gd，Pr，Sm中的任意一種；0.001≤x≤0.2；0.0001≤y≤0.05；0≤z≤0.5。2、如權(quán)利要求1所述混合熒光粉，其特征在于第一種熒光粉與第二種熒光粉重量比為65:3595:5。3、如權(quán)利要求1或2所述混合熒光粉，其特征在于第一種熒光粉發(fā)射主峰為535560nm，第二種熒光粉的發(fā)射主峰為605615nm。4、采用權(quán)利要求1至3任意一項所述混合熒光粉的白光發(fā)光裝置，包括反射杯、充填在反射杯內(nèi)的封裝材料及藍(lán)光LED，其特征在于藍(lán)光LED安裝在反射杯的底部，混合熒光粉分散在封裝材料中。5、如權(quán)利要求4所述發(fā)光裝置，其特征在于藍(lán)光LED芯片的發(fā)射主峰為450470nm。6、采用權(quán)利要求1至3任意一項所述混合熒光粉的白光發(fā)光裝置，包括反射杯、封裝材料及藍(lán)光LED，其特征在于藍(lán)光LED安裝在反射杯的底部，混合熒光粉分散固化在封裝材料中形成膠餅，膠餅置于藍(lán)光LED芯片的上方。7、如權(quán)利要求6所述發(fā)光裝置，其特征在于藍(lán)光LED芯片的發(fā)射主峰為450470nm。8、采用權(quán)利要求1至3任意一項所述混合熒光粉的白光發(fā)光裝置，包括反射杯、藍(lán)光LED芯片，其特征在于藍(lán)光LED安裝在反射杯的底部，混合熒光粉涂敷在藍(lán)光LED芯片的表面。9、如權(quán)利要求8所述發(fā)光裝置，其特征在于藍(lán)光LED芯片的發(fā)射主峰為450470nm。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于白光發(fā)光裝置中的混合熒光粉及采用該混合熒光粉的白光發(fā)光裝置。前述混合熒光粉由兩種具有不同發(fā)射光譜的熒光粉混合而成，第一種熒光粉化學(xué)結(jié)構(gòu)式為(Y_pLu_qGd_r)(Al_1-sSi_s)₅O₁₂:Ce_x，Me_y，其中，Me為Pr、La、Dy中的任意一種；0.01≤p＜3；0.001≤q＜3；0≤r≤1.5；2.5＜p+q+r＜3；0.0002≤s≤0.5；0.01≤x≤0.13，0.0001≤y≤0.05；第二種熒光粉化學(xué)結(jié)構(gòu)式為(Sr_1-zM_z)₃Al₂O₆:Eu_x，Re_y，其中，M為Ba，Ca，Mg，La中的任意一種；Re為Dy，Gd，Pr，Sm中的任意一種；0.001≤x≤0.2；0.0001≤y≤0.05；0≤z≤0.5。前述混合熒光粉與、反射杯、封裝材料及藍(lán)光LED一并構(gòu)成白光發(fā)光裝置。本發(fā)明較現(xiàn)有的藍(lán)光LED激發(fā)單一發(fā)黃光熒光粉產(chǎn)生的白光具有改善的性能，所構(gòu)成的發(fā)光裝置通過調(diào)節(jié)的熒光粉配比可實(shí)現(xiàn)具有更高顯色指數(shù)的白光，從而滿足普通照明領(lǐng)域?qū)Π坠釲ED在顯色性方面的要求。文檔編號C09K11/80GK101492602SQ20091002501公開日2009年7月29日申請日期2009年2月16日優(yōu)先權(quán)日2009年2月16日發(fā)明者何錦華,超梁,符義兵申請人:江蘇蘇博特新材料股份有限公司